陳丹蓉 鄭淵方

摘 ? 要：為解決現(xiàn)有教具無法演示非等量色光的混合，設(shè)計(jì)了光的合成演示儀。用擺放角度可調(diào)節(jié)的玻璃紙達(dá)成色光的非等量混合，演示效果明顯。輔以Photoshop軟件，用RGB值準(zhǔn)確描述色光的顏色，幫助學(xué)生分辨不同色光，讓學(xué)生直觀感受光的合成現(xiàn)象，更全面地理解光的三原色原理。

關(guān)鍵詞：三原色;光的合成;自制教具

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1003-6148（2020）1-0054-2

1 ? ?引 ?言

光現(xiàn)象是自然界中最基本的物理現(xiàn)象，而光的三原色是初中物理教材中最核心的內(nèi)容之一。在光的三原色教學(xué)中，學(xué)生往往囿于這部分知識(shí)點(diǎn)的抽象而感到難以理解，實(shí)際的教學(xué)效果不太理想。通過教學(xué)實(shí)踐和文獻(xiàn)分析我們發(fā)現(xiàn)，光的三原色在教學(xué)中存在的最大阻礙是學(xué)生對(duì)光的合成現(xiàn)象沒有直觀體驗(yàn)。那么，如何改進(jìn)教學(xué)才能讓學(xué)生更好地掌握這一知識(shí)呢？楊振寧先生曾說過：“物理學(xué)最重要的部分是與現(xiàn)象有關(guān)的，絕大部分物理學(xué)是從現(xiàn)象中來的，現(xiàn)象是物理學(xué)的根源”[1]。因此，如果能將抽象的知識(shí)上升為可視的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，將學(xué)生的思維由抽象引向具象，由此形成的教學(xué)方式將更加符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，從而達(dá)成更好的教學(xué)效果。

通過文獻(xiàn)調(diào)查我們發(fā)現(xiàn)已有的此類教具并不多，且多數(shù)只能演示色光的等量混合，無法演示光的非等量混合。另外，現(xiàn)有教具的制作比較復(fù)雜，使得許多教師望而卻步，教學(xué)僅停留于講授或代以精美課件，學(xué)生仍缺乏對(duì)光的合成這一物理現(xiàn)象的直觀體驗(yàn)[2]。因此，我們自制了光的合成演示儀，既能讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)感受色光的混合，又解決了現(xiàn)有教具無法演示色光的非等量混合的缺憾。

2 ? ?原有光的合成演示儀

國內(nèi)現(xiàn)行的七版初中物理教材，有三個(gè)版本對(duì)光的三原色進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這三個(gè)版本教材的驗(yàn)證方式有所差別，各有長短[3]。北師大版利用“感覺后效”快速旋轉(zhuǎn)七色圓形紙板讓學(xué)生觀察這幾種色光組成了白光;滬科版引導(dǎo)學(xué)生用“水三棱鏡”做太陽光的色散實(shí)驗(yàn);教科版引導(dǎo)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)用紅、綠、藍(lán)三種顏色調(diào)出不同的顏色[3]。這三個(gè)實(shí)驗(yàn)分別從色光的合成與分解驗(yàn)證了光的三原色，但仍有不足：北師大版的多色圓形紙板實(shí)驗(yàn)和滬科版的“水三棱鏡”都只能驗(yàn)證光的色散原理，而無法直接驗(yàn)證三原色可合成白光;教科版利用計(jì)算機(jī)的調(diào)色板，通過設(shè)定RGB值獲取不同顏色能較好地說明光的三原色原理，但學(xué)生仍屬間接體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)的真正作用產(chǎn)生質(zhì)疑，教學(xué)效果也不太理想。

其他現(xiàn)有的自制教具，大多數(shù)是通過罩有彩色玻璃紙的手電筒或彩色發(fā)光二極管發(fā)出紅、綠、藍(lán)三種色光，然后按照1：1：1的配比混合出不同色光。這類教具演示效果較好，學(xué)生也易理解。但它只能演示色光的等量混合，無法驗(yàn)證色光的非等量混合，而色光的非等量混合對(duì)光的三原色教學(xué)又是不可或缺的。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種新的光的合成演示儀。

3 ? ?自制光的合成演示儀

3.1 ? ?儀器原理

如圖1所示，為獲得紅、綠、藍(lán)三原色，可以讓白光通過彩色透明玻璃紙。與玻璃紙顏色不同的光會(huì)被吸收，只有與玻璃紙顏色相同的光會(huì)被透過[4]。例如，白光通過紅色玻璃紙后獲得紅光，通過綠色玻璃紙后獲得綠光，通過藍(lán)色玻璃紙后獲得藍(lán)光。

為了更好地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，選用白色A4紙作光屏。白色A4紙屬不透明物體，它之所以呈現(xiàn)白色是因?yàn)樗瓷淞怂蓄伾目梢姽?，從而能將混合后的色光原原本本地反射進(jìn)人眼，而不對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生干擾因素。

為獲得色光的非等量混合，采用可調(diào)節(jié)擺放角度的玻璃紙。根據(jù)光的波粒二象性，隨著玻璃紙擺放角度的不同，光從玻璃紙出發(fā)到達(dá)光屏的路程不同，光所走過的路程越長，到達(dá)光屏的光子越少，光的亮度也越小。另外，光傳播過程伴隨的衍射現(xiàn)象也是形成色光的不等量混合的重要原因。為了獲得更好的實(shí)驗(yàn)效果，我們可以適當(dāng)增大光屏表面的粗糙程度或加大玻璃紙與光屏的距離。

利用Photoshop計(jì)算機(jī)軟件輔助顏色判斷。由于人類對(duì)顏色的分辨能力因人而異，并且有的顏色之間僅有微小差別，導(dǎo)致我們無法準(zhǔn)確判斷光的顏色。為了準(zhǔn)確描述實(shí)驗(yàn)結(jié)果、確保實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，我們利用Photoshop的GRB模式幫助我們辨別不同顏色，不同顏色的光將顯示不同的GRB值。

3.2 ? ?儀器制作和使用

3.2.1 ? ?儀器制作

如圖2所示，光源選用功率為6 W、長度為40 cm的長條型燈管，光源長度與玻璃紙擺件組的總長度相近為宜;玻璃紙擺件的邊框用廢棄木夾制成，可用AB膠粘合;光屏采用白色A4紙，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)效果用牙刷對(duì)光屏表面做粗糙處理。

將這三個(gè)組件擺放在同一展示板上，組件的擺放順序依次是：長條狀白色光源，玻璃紙擺件組，白色光屏。

3.2.2 ? ?儀器使用

第一步，預(yù)設(shè)玻璃紙擺件角度。我們采用的玻璃紙擺放方式為紅玻璃紙和藍(lán)玻璃紙呈90度角（合成紫光）、藍(lán)玻璃紙平行擺放、藍(lán)玻璃紙和綠玻璃紙呈90度角（合成青色光）、綠玻璃紙平行擺放、紅玻璃紙和綠玻璃紙呈90度角（合成黃光和橙光）、紅玻璃紙平行擺放。

第二步，打開光源，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。當(dāng)光源被打開時(shí)，學(xué)生隨即能夠在光屏上看到色彩絢爛的彩虹條，實(shí)驗(yàn)效果十分明顯。

第三步，拍照取樣，輔以Photoshop軟件分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。將照片上傳至計(jì)算機(jī)，打開Photoshop的RGB模式，移動(dòng)鼠標(biāo)時(shí)鼠標(biāo)右下角便能實(shí)時(shí)顯示鼠標(biāo)所在位置對(duì)應(yīng)顏色的RGB值。

4 ? ?結(jié)束語

自制的色光合成演示儀結(jié)構(gòu)簡單，制作及操作簡便，易于推廣和普及;演示現(xiàn)象明顯，能確實(shí)、有效地輔助光的合成教學(xué)。該演示儀巧妙地輔以計(jì)算機(jī)Photoshop軟件RGB值準(zhǔn)確描述光的顏色，可以使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析更清晰、準(zhǔn)確，提高實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，突顯物理學(xué)科的魅力。另外，色光合成演示儀既可以由教師進(jìn)行演示，也可以將其發(fā)放給學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，教師甚至可以向?qū)W生發(fā)起挑戰(zhàn)——探究“玻璃紙擺放角度與所合成色光的RGB值之間的關(guān)系”等，教師應(yīng)盡可能地讓學(xué)生參與教學(xué)，著實(shí)促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]解世雄.物理課堂教學(xué)設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)理論思考[J].課程·教材·教法，2008，28（10）59-65.

[2]王辛辛.自制“光的三原色合成演示儀”[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2013，42（4）：67-68.

[3]丁紅.初中物理各版本教材“三原色”內(nèi)容分析[J].教學(xué)與管理，2019（3）：90-93.

[4]饒進(jìn).從物理與美術(shù)色彩的呈現(xiàn)原理分析三原色[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2018，47（1）：88-89.

（欄目編輯 ? ?王柏廬）